壓路機(jī)主機(jī)架自動(dòng)化焊接工藝研究與應(yīng)用

蘇亞賓，張瑞臣，李賀德，王應(yīng)品，鄭洪濤

山推工程機(jī)械股份有限公司 山東濟(jì)寧 272000

1 單鋼輪壓路機(jī)車架的特點(diǎn)

壓路機(jī)是道路施工及維護(hù)中一種路面壓實(shí)設(shè)備，大部分結(jié)構(gòu)件為不同板厚的鋼板焊接而成（見圖1）。主機(jī)架［1］是其關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件之一，屬框架結(jié)構(gòu)，由中厚鋼板焊接而成。工件外形尺寸≥2600mm×800mm×800mm（長(zhǎng)×寬×高），重量≥3000kg，材質(zhì)主要包括Q235和Q355，板材件厚度在6～60mm，焊接坡口的形式包括角接、搭接和對(duì)接，焊腳高度3～20mm。

圖1 壓路機(jī)主機(jī)架結(jié)構(gòu)

2 焊接變位機(jī)的選擇和焊接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（1）焊接變位機(jī)的選擇 設(shè)計(jì)與機(jī)器人聯(lián)動(dòng)的焊接變位機(jī)時(shí)充分考慮工件特點(diǎn)，選擇座式焊接變位機(jī)演變出的L形雙回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)，分別集成焊接機(jī)器人系統(tǒng)中的兩個(gè)外部軸自由編程，可與機(jī)器人系統(tǒng)聯(lián)合進(jìn)行軌跡插補(bǔ)（見圖2）。變位機(jī)上面的夾具采用工件的鉸接座與橋板及工件的中心定位，在鉸接處和橋板處進(jìn)行上部壓緊，在工件的側(cè)面進(jìn)行頂緊。

根據(jù)工件的重量及外形尺寸選擇L形焊接變位機(jī)，如圖3所示，伺服電動(dòng)機(jī)采用德國(guó)Siemens驅(qū)動(dòng)減速機(jī)，通過(guò)獨(dú)有的齒輪無(wú)間隙傳動(dòng)技術(shù)，齒輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終與回轉(zhuǎn)支撐嚙合，驅(qū)動(dòng)變位機(jī)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。配置一個(gè)外部控制盒，也可以控制變位機(jī)的傾翻和旋轉(zhuǎn)，方便操作人員進(jìn)行補(bǔ)焊操作。

圖2 變位機(jī)選擇和裝夾方式

圖3 L形焊接變位機(jī)

（2）焊接系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用倒掛式六軸機(jī)器人系統(tǒng)［2］（見圖4），增加X、Y、Z三個(gè)外部軸，所有軸都采用免維護(hù)交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使用無(wú)間隙的傳動(dòng)組件和絕對(duì)編碼器。所有機(jī)器人軸全部配有剎車裝置和溫度檢測(cè)安全裝置。優(yōu)化驅(qū)動(dòng)能力，高精度位置檢測(cè)系統(tǒng)，大功率伺服系統(tǒng)，保證了機(jī)器人具有高度的動(dòng)態(tài)特性和良好的精度。

圖4 焊接機(jī)器人系統(tǒng)

焊接系統(tǒng)還包括：焊接電源、水箱及機(jī)器人接口、送絲機(jī)、水冷焊槍、防碰撞和清槍站等裝置。其中焊接電源采用多功能逆變焊接電源，MIG/MAG脈沖焊接和標(biāo)準(zhǔn)焊接，整體裝置系統(tǒng)方案如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)方案

3 焊接參數(shù)的選擇和自動(dòng)化焊接工藝的應(yīng)用

（1）焊接參數(shù)的選擇 機(jī)器人自動(dòng)化主要包括焊槍運(yùn)行和擺動(dòng)控制、焊接參數(shù)大小控制、焊槍角度姿態(tài)及焊絲干伸長(zhǎng)控制，以及送絲速度、多層多道焊的控制等[3]。

下面對(duì)機(jī)器人焊接工藝過(guò)程控制進(jìn)行闡述：首先，焊槍擺動(dòng)參數(shù)包括擺動(dòng)方式、擺動(dòng)類型、擺動(dòng)頻率以及擺動(dòng)寬度極點(diǎn)位置停留時(shí)間，通過(guò)調(diào)整以上參數(shù)，確定焊槍的角度和焊絲干伸長(zhǎng)，不同坡口類型及坡口尺寸選擇合適的擺動(dòng)方式、擺動(dòng)類型、擺寬。其次，焊接參數(shù)控制：焊接參數(shù)主要包括起弧點(diǎn)和收弧點(diǎn)焊接電流、電弧電壓，焊接過(guò)程中焊接電流、電弧電壓、焊接速度、氣體流量。各個(gè)參數(shù)之間要合理匹配，只有經(jīng)過(guò)工藝驗(yàn)證才能使用，否則會(huì)造成焊接時(shí)飛濺增多堵住焊槍口，或者產(chǎn)生未焊透、咬邊、弧坑等缺陷。由于該焊機(jī)為一元化調(diào)節(jié)，設(shè)置合理的焊接電源和焊接速度即可，焊接參數(shù)根據(jù)不同焊腳大小選擇，具體參數(shù)見表1。由于主機(jī)架屬于關(guān)鍵部件，關(guān)鍵焊縫焊腳比較大，多為15mm以上，這時(shí)需要采用多層多道命令才能完成要求，焊接機(jī)器人設(shè)置有多層多道焊命令，調(diào)用該命令時(shí)，需調(diào)整焊槍姿態(tài)和焊接參數(shù)方可完成。

表1 不同焊腳對(duì)應(yīng)的焊接參數(shù)

（2）自動(dòng)化焊接工藝的應(yīng)用 通過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用和驗(yàn)證，該機(jī)器人焊接系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，本體及控制系統(tǒng)通過(guò)電弧跟蹤、接觸傳感、焊接專家數(shù)據(jù)庫(kù)等智能化功能，對(duì)工件中厚板焊接中存在的工件尺寸和焊腳尺寸較大、焊接坡口加工和工件組對(duì)精度較差等問(wèn)題進(jìn)行了解決，焊縫成形效果和焊接穩(wěn)定性都比較好，明顯降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，如圖6所示。

圖6 機(jī)器人自動(dòng)化焊接和焊縫焊接效果

4 焊接機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)

焊接機(jī)器人在廣泛應(yīng)用的同時(shí)向自動(dòng)化與智能化方向發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的先進(jìn)機(jī)器人焊接技術(shù)，這些新技術(shù)從生產(chǎn)效率、精度保證、可操作性、適應(yīng)性等方面顯示了焊接機(jī)器人技術(shù)從研發(fā)逐漸向生產(chǎn)領(lǐng)域推廣應(yīng)用，也不斷地在工程機(jī)械結(jié)構(gòu)件中得到廣泛應(yīng)用。